2023 Fiscal Year Final Research Report

Theoretical research on supernova neutrinos in connection with nuclear physics and cosmic chemical evolution

Planned Research

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Project Area	Unraveling the History of the Universe and Matter Evolution with Underground Physics
Project/Area Number	19H05811
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
Allocation Type	Single-year Grants
Review Section	Science and Engineering
Research Institution	Tokyo University of Science
Principal Investigator	Suzuki Hideyuki 東京理科大学, 創域理工学部先端物理学科, 教授 (90211987)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	山田章一早稲田大学, 理工学術院, 教授 (80251403) 鷹野正利早稲田大学, 理工学術院, 教授 (00257198) 中里健一郎九州大学, 基幹教育院, 准教授 (80609347) 辻本拓司国立天文台, JASMINEプロジェクト, 助教 (10270456)
Project Period (FY)	2019-06-28 – 2024-03-31
Keywords	超新星ニュートリノ / 超新星爆発 / 原始中性子星 / 状態方程式 / 化学進化 / ニュートリノ反応率 / 超新星背景ニュートリノ / 数値シミュレーション
Outline of Final Research Achievements	We explored the neutrino angular distributions in supernova cores with multidimensional simulations using the state-of-the-art Boltzmann solver for neutrino transfer. We studied in detail the conditions in which neutrino collective oscillations occur and the regions with convective instabilities. As for the supernova neutrino observation, we explored useful strategies to know important properties of the neutron star just born with systematic 1D simulations of the supernova explosion and proto-neutron star cooling. Evaluation scheme of the neutrino emissivity by nucleon bremsstrahlung processes consistent with the nucleonic equation of state are also studied. The fraction of the black-hole forming events among the stellar core-collapse events are evaluated from the point of view of chemical evolution and the resultant energy spectra of the diffuse supernova background are also argued.
Free Research Field	理論宇宙物理学
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	重力崩壊型超新星爆発の爆発機構と放出される超新星ニュートリノの理解のためには、ニュートリノ輸送を正しく扱った数値シミュレーションと、ニュートリノ反応率や核物質の状態方程式・ニュートリノ振動の理解が必要である。本研究では、世界最先端のニュートリノ輸送計算コードの開発と実際の数値シミュレーションを行い、ニュートリノ集団振動や対流領域に関する新たな知見を得ることができた。また、将来の超新星ニュートリノの観測に向けて、観測データから誕生した中性子星に関する物理を探る手法を開発した。状態方程式と無矛盾なニュートリノ反応率と、化学進化の研究と連動した超新星背景ニュートリノの評価に向けた研究も進展した。